重金属和多环芳烃是水体中重要的持久性有毒污染物。沉积物是进入水体的各种污染物的积蓄库。松花江是东北地区重要的水资源,是流域污染物集聚地。调查和分析松花江沉积物中重金属和多环芳烃的污染特征,可以更好地反映水质的状况,对于保障松花江生态系统安全具有重要意义。本文从流域角度出发,选取松花江干流(包括吉林省下游江段和黑龙江省江段)大范围空间尺度作为研究区域,对不同江段表层和柱样沉积物中重金属和多环芳烃的含量及分布特征分析,利用Pb和Cs测年技术建立时间标尺,分别从空间和时间尺度上考察松花江沉积物中重金属和多环芳烃的沉积变化情况,了解流域人类活动对水质变化的影响。取得的主要结果如下:(1)松花江表层沉积物中多环芳烃含量的差别较大,变化范围在187~2079 ng/g,平均值为1029 ng/g,多环芳烃的组成均以萘、菲、芴、苊等低环(2~3)多环芳烃为主。沉积物中多环芳烃主要来自石油源和燃烧源的混合源。柱样沉积物中,多环芳烃总量的峰值呈现非表层的特征;2环和3环多环芳烃化合物在垂直剖面中的含量高于4环和4环以上多环芳烃化合物。借助效应区间低值和效应区间中值对松花江沉积物中多环芳烃的生态风险评价的结果表明,沉积物中多环芳烃不存在严重的生态风险;吉林市江段和哈尔滨市江段附近的沉积物中多环芳烃含量存在潜在的生态风险,不过潜在风险几率很低。部分江段沉积物中萘、芴和苊的潜在风险几率较高,应引起重视。(2)松花江表层沉积物中Ni、Cd、Mn、Zn、Cu、Pb和Hg等重金属含量范围分别为22.0~79.5 mg/kg、0.1~5.2 mg/kg、434~1480 mg/kg、87~352 mg/kg、1.9~41.0 mg/kg、17.1~50.2mg/kg和0.06~3.45 mg/kg。重金属含量从吉林省段至黑龙江省段沿江逐渐降低,重金属污染多集中于吉林省江段。松花江表层沉积物中Hg、Pb、Zn、Cd和Ni出现了不同程度的富集,其中Hg的富集指数最高,其次是Cd,Zn属于中度富集;Pb、Cu、Ni和Mn属于轻度富集或无富集。柱样沉积物中,Hg均出现了富集,富集现象多集中在上部沉积物中。与其他重金属相比,Hg的富集程度最高。除Hg外,松原段柱样沉积物还发现了Cd富集;哈尔滨段沉积物还出现了Pb富集。(3)运用地累积指数对松花江表层和柱样沉积物中Pb、Hg、Cd、Ni、Zn、Cu、Mn等重金属污染程度进行评价,结果表明沉积物普遍受到Hg的严重污染,Cd在部分江段沉积物中污染较严重,Zn、Ni和Pb的污染相对较轻,Mn和Cu无污染。吉林省江段受到的污染较严重,黑龙江省江段污染相对较轻。Lars Hakanson指数法对表层和柱样沉积物中重金属的潜在生态风险评价的结果显示,松花江沉积物中重金属污染处于很强的生态危害等级,Hg和Cd是产生生态危害的主要重金属元素,Ni、Zn、Mn、Pb和Cu等重金属生态危害轻微。(4)应用137Cs和210Pb放射性同位素定年方法建立松花江沉积物的年代序列。结果表明,沉积物的年龄跨度约为90~100年,137Cs和210Pb定年方法计算出的年代存在4年以内的偏差,但两者反映了相同趋势的沉积速率变化规律。借助定年结果,得出多环芳烃含量及重金属含量在过去百年间随年代的历史变化特征。各江段沉积物中Zn、Mn、Cu、Ni、Pb和Cd等重金属含量随着年代的变化存在不同的变化特征,但Hg含量随着年代的变化特征基本一致,20世纪60年代以来,Hg含量随着年代的变化开始增加,到80年代以后依然增加。松花江沉积物中多环芳烃含量及沉积通量的变化特征一致,在20世纪40年代以前无明显变化,之后开始小幅增加,在80年代后大幅增加,并在90年代前后出现峰值,其后开始下降。这个结果既能反映出人类活动对环境影响的历史过程。